CN101711961A - 微粒制造装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的乳化装置及微粒制造装置可大量生成粒径得以控制的颗粒。微粒制造装置(100)搭载了流体设备(114)，该流体设备(114)具有设有用来把液体形成射流的节流板(203～205)的微细流路、设有用来对液体进行主动振动的压电元件(206、207)的流路壁，和用来测量流体中浮游的颗粒的粒径和数量的装置(111)。压电元件在与流体的流动方向相同的方向上侧滑振动。

Description

微粒制造装置
本发明专利申请是申请日为2007年10月15日、申请号为200710162473.1、发明名称为“乳化装置及微粒制造装置”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及把原料乳化的装置或把原料微粒化而生成微粒的微粒制造装置。
背景技术
现有的乳化装置，例如记载在专利文献1中。该公报中记载的乳浊液制造方法中，为了把松香类化合物迅速而且容易地水性乳浊液化，把乳化剂水溶液在高压下从高压排出式乳化机供给到节流板(オリフイス)，把熔融状的松香类化合物从其它流路供给到高速喷出部，使其在规定温度范围的混合温度下冲撞。于是，把混合物导入把单元嵌插成多级状的吸收单元部内，从乳浊液排出部排出。
现有技术中大量使用的搅拌形的乳浊液制造方法的例子记载在专利文献2中。该公报中记载的搅拌式乳浊液制造方法中，把25℃的粘度为1万cSt～100万cSt的高粘度的液状有机多分子硅醚100重量部，投入离子性乳化剂水溶液1～20重量部中使其搅拌分散。然后投入非离子性乳化剂1～50重量部，通过高速剪切搅拌(高剪断攪拌すゐ)使其小粒径化，最终由水进行稀释。
进而，在专利文献3中记载了另外的乳浊液制造方法。该公报中，为了量产性好地生成粒径统一的高质量乳浊液，微乳化器具有多个入口和1各出口，和在这些入口和出口之间形成为多级的多个通道，该通道用来把分别从各入口导入的流体顺次混合后导入出口。而且，各个微通道形成的各级流路的执行流路截面面积从入口侧朝出口侧顺次变窄，越靠出口侧越能提高剪切速度及其分散效果。
专利文献1日本特开2000-210546号公报
专利文献2日本特开平7-173294号公报
专利文献3日本特开2004-81924号公报
现有的乳浊液化装置或乳化装置，存在着如何把在小规模实验室水平的生产中成功了的技术用于工业批量生产的课题。上述专利文献1中记载的水性乳浊液的制造中，需要在高压下的250MPa的高压进行溶液喷射，在实机生产设备中准备这样的高压设备会导致装置巨大，增加成本。而且，不能使用承受不了高压的溶液，限定了溶液的种类。
上述专利文献2记载的乳浊液制造方法中，把高粘度的第一溶液投入第二水溶液中进行搅拌，然后在第三乳化剂下进行高速剪切搅拌。但是，该公报记载的方法中，把可使用的容易限定为特殊的溶液，一般的油与水溶液的乳化未必全都可以使用。
进而，专利文献3中记载了通过微制造实现水和油这样的不混合流体混合成的乳浊液的技术。通过该方法可以制作粒径统一的乳浊液，但是，液滴的直径受到液流流量的支配，因而，为了获得所要的液滴直径，有时必须牺牲液流的流量，在该情况下大量处理的话，会导致装置大型化或延长处理时间。作为其它的方法，有作用超声波，利用液体中的气蚀产生的冲击波的方法，但是在该场合下，难以适用于含有在高温下会失去活性的蛋白质等生物高分子材料的原料。
发明内容
本发明鉴于上述现有技术的问题而提出，目的是容易进行乳化装置中的乳浊液的特性控制，而且可以大量生成乳浊液。本发明的另一目的是，使微粒制造装置可以大量生成粒径得以控制的颗粒。而且本发明的目的是达成这些目的中的任何一个。
为了达成上述目的，本发明的特征是，装置搭载了流体设备，该流体设备具有用来把液体形成射流的微细流路，和用来对液体进行主动振动的流路壁；进行主动振动的流路壁在与液体流动方向相同的方向上侧滑振动。而且在该特征中，优选为，进行主动振动的流路壁具有压电元件，压电元件在与液体接触那一侧的表面涂覆了绝缘材料。
另外，为了达成上述目的，装置搭载了流体设备，该流体设备具有用来把液体形成射流的微细流路、用来对液体进行主动振动的流路壁，和用来测量液体中悬浮的颗粒的粒径和数量的装置。
而且在该特征中，优选为，微细流路设有多级节流板，所述节流板产生射流和涡流，优选为，进行主动振动的流路壁在与液体流动方向相同的方向上侧滑振动。另外，也可以是，进行主动振动的流路壁具有压电元件，压电元件在与液体接触的那一侧的表面涂覆了绝缘材料，最好是，装置为乳化装置或微粒制造装置。进而，装置并联连接多个流体设备也可以。
根据本发明，首先借助伴随射流产生的高剪切应力把要乳化的原料(水类的原料和油类的原料)乳化成数十到数百微米水平的乳浊液，进而，使流路壁主动振动地作用适当的剪切应力而微细化到所要的粒径，因而，可以容易地进行微粒制造装置以及乳化装置中的乳浊液的特性控制。而且，根据本发明，可以对应所希望的处理量把可以产生射流和任意强度的剪切应力的流路在原状态下并联联接，因而可以避免现有技术中随着基于物理相似法则的规模加大而出现的问题，大量生成微粒制造装置以及乳化装置中粒径得以控制的颗粒。
附图说明
图1是本发明涉及的微粒制造装置的一个实施例的方框图。
图2是用来说明具有图1所示微粒制造装置的乳化设备的流路构造的图。
图3是用来说明具有图1所示微粒制造装置的乳化设备的流露构造的图。
图4是用来说明复合乳浊液的生成的图。
符号说明
100、100b  微粒制造装置(乳化装置)
203～205   节流板
206、207   压电元件
208a、208b 流路
208c  结合流路
208d  乳化流路
208f  扩大部
313   被动乳化部
314   主动乳化部
具体实施方式
下面根据附图说明本发明涉及的乳化装置或微粒制造装置的一个实施例。图1中，以方框图示出微粒制造装置100的系统。微粒制造装置100具有用来贮藏要乳化的原料A(分散相)的罐101，和用来贮藏把原料A分散的原料B(连续相)的罐102。在后文中将要详述的乳化设备103把这些原料A、B混合而乳化。
第一泵104把原料A的液体从罐101通过配管107向乳化设备103输送。同样，第二泵105把原料B的液体从罐102通过配管108向乳化设备103输送。被乳化了的原料A与原料B的混合物液体从乳化设备103经配管109向罐106输送而进行捕集。
在混合物的配管109上设置有迂回流路110。在所述迂回流路110上设有粒度分布计111。粒度分布计111可以对从乳化设备103流出的混合物中的分散相的颗粒直径进行在线监视。在乳化设备103的流路内，设有可以对流路进行主动振动的压电元件。压电元件由压电元件驱动回路112驱动。
第一、第二送液泵104、105、压电元件驱动回路112和粒度分布计111与用户控制台113连接。微粒制造装置100的用户使用所述控制台113监视目前生成的混合物的粒度分布。而且，对第一、第二送液泵104、105输送的原料A液体和原料B液体的输送量比、送液量、乳化设备103内的压电元件的振动强度进行调整，生成所需要的混合物。乳化设备103和粒度分布计111构成乳化部114。
图2中，以纵截面图表示图1所示微粒制造装置100具有的乳化设备103。借助送液泵104、105从原料罐101、102输送的原料液分别如201、202那样流入乳化设备103内的流路208a、208b，在结合流路208c合流。进而穿过节流板203、204、205，经在壁面上设有压电元件206、207的扩大部208f，进而经流路208d如209那样向设备外部流出。压电元件206、207如图中的虚线所示，可按厚度滑移振动模式从外部控制使其振动。
如果考虑乳化设备103与配管的连接，即与作为原料A、B的流入口的流路208a、208b、作为乳浊液分散液的流出口的流路208d的配管连接的话，最好使这些流路截面为圆形。
在结合流路208d与扩大部208f之间把三种节流板203～205相互隔开间隔顺次配置在液流的流动方向上。第一节流板203位于最上游侧，孔形成在中央部，其开口比在三个节流板203～205中最大。配置在中间的第二节流板204，上游侧的侧面的中心部为向下游侧凹入的圆锥形，下游侧呈与乳化流路8d的流动方向垂直的面。而且，形成在第二节流板204的中央部的开口的开口比在第一～第三节流板203～205中最小。
另外，在通过壁面上设有压电元件的扩大部208f时流速被减速，从而可赢得通过所述部位(208f部)的时间。因此，有时208f部的截面面积设置的比其它的流路部要大。
另外，最好在扩大部208f产生尽量一样的振动剪切应力使微粒均匀化地生成，因而，即便其它流路部的截面形状为圆形，唯独该流路部分最好形成为使两枚平面状的压电元件相向设置的矩形截面形状。虽然两枚相向的压电元件的间隔也由振动频率、原液的粘性来决定，但是一般情况下使其尽量狭窄更能产生同样的振动剪切应力。
图中示出了在压电元件207、208与设有这些压电元件的流路壁之间设有间隙、不会妨碍虚线所示的侧滑振动的情况，但是，当所述间隙部分中残留原液、造成卫生方面的问题时，用伸缩性高的弹性材料把所述间隙部分封住也可以。
用图3说明图2所示乳化设备103内的扩大部208f中的混合流体的活动。图3(a)是用来说明节流板203～205部分的流动的图，图3(b)是用来说明扩大部208f部分的流动的图。如上所述，第二节流板204的锐孔孔径(オリフイス径)307设置的比第一节流板203的锐孔孔径306小。
基于此，当原料A、B的混合流的流量超过规定流量时，在第一节流板203与第二节流板204之间的流路中形成涡流即二次流308。通过所述二次流308使从上游侧流入第一、第二节流板203、204之间的原料的分散相(原料A)302与连续相(原料B)301混合，分散成比较大的液滴309。
进而，由于在第二节流板204形成了比第一、第三节流板203、205的锐孔直径小的锐孔直径307，因而，朝向所述第二节流板204的下游侧形成激烈的射流310。而且，伴随射流310产生的强的剪切应力作用到第一、第二节流板203、204之间生成的液滴309上分裂成微细的液滴311。
朝向第二节流板204的下游侧产生的射流310随着行往下游而逐渐变宽。因此，在该状态下无法通过开口比第二节流板204宽的第三节流板205，一部分液流回返而形成向上游侧倒流的二次流312。二次流312进一步与微细的分散相(原料A)和连续相(原料B)混合，通过第三节流板305的开口部流向下游。
如上所述，在形成于第一～第三节流板203～205部的下游的扩大部208f上相向配置着压电元件206、207。压电元件206、207使流路壁面上产生侧滑振动，把原料A和原料B的混合液的液滴分裂的更细。在此，压电元件206、207如图3(b)所示，以相互相反的相位进行振动。这样，在两个压电元件206、207之间形成振动式的流速分布315、316。由所述流速分布315、316产生剪切应力，所述剪切应力把从上游流来的球状的液滴形成为在流动方向上拉伸了的细长液滴317，最终把细长液滴317细分为多个近似球状的液滴。由此，产生更为微细的液滴。
所述振动式的流速分布的分布状况，可以通过压电元件206、207的侧滑方向的振动速度318进行控制。即，由液滴319通过压电元件206、207之间的时间和壁面振动的振动数可以决定液滴通过时被撕裂的次数。因此，对应原料A、B的分裂所需的剪切应力和原料A、B流动的速度来调整壁面振动的振动数和振动位移。由此，可以把原料A、B乳化成所要的颗粒直径。
通常在压电元件206、207上施加高电压。因此，连接到原料A、B的压电元件206、207的表面必须被绝缘。本实施例中，虽然图示省略了，但是，在压电元件206、207的表面施加了绝缘性的而且伸缩性高的树脂。
在以下的说明中，把第一～第三节流板203～205称为被动乳化部313，把扩大部208f称为主动乳化部314。上述实施例中，乳化设备103具有被动乳化部313和主动乳化部314双方，由前者313进行粗略的乳化，由后者314生成精细的微粒。因此，在所要求的混合状态下，也可以使乳化设备103仅仅具有任何一种乳化部。
另外，为了生成更为精细的颗粒，也可以根据需要把被动乳化部313和主动乳化部314设置多级。这些乳化部313、314的组合，对应要进行乳化处理的原料A、B的粘性、密度、原料A、B之间的界面张力等的物性以及作为目标的微粒的平均粒径、粒度分布等的混合状态来决定。
在图3(b)中与扩大部208f相向地设置压电元件206、207，使二者以相反的相位进行振动，但是压电元件仅设置一个也可以。在该场合下，乳化流路208d也优选为在流动方向上截面面积大致相同。产生的剪切应力的强度比相向设置两个压电元件206、207的情况要弱，但是具有这样的优点，即，可减少主动乳化部314消耗的电力而且驱动压电元件的驱动回路只要一个即可。只要对应剪切应力变弱的部分延长液滴通过的时间，就可以取得与相向配置压电元件的场合程度相同的效果，因而在处理量比较少的处理中尤为有效。
本发明涉及的微粒制造装置的另一实施例用图4来说明。上述实施例中把两种原料A、B混合而将其乳化，而本实施例中是把三个以上的原料A、B、C、…乳化，生成所谓的复合乳浊液(ダブルエマルシヨン)。所述图4中，为了便于理解，使用三种原料A、B、C。在使用三种原料A、B、C的情况下，仅追加一个乳化设备103b。
图4(a)中，由方框图示出生成复合乳浊液的微粒制造装置100b。所述图4(a)中，省略了用户控制台以及与用户控制台的连接线的图示。乳化部114b具有两个乳化设备103、103b。从乳化设备103生成原料A(分散相)以及原料B(连续相)的混合液402。追加了的乳化设备103b把原料C导入原料A、B的混合液中使其分散，最终生成A/B/C的复合乳浊液404。为了捕集复合乳浊液，把罐106设置在追加了的乳化设备103b的下游。
图4(b)模式地示出了图4(a)内的乳化部114b中各个原料A～C的混合状态。在上游侧，原料A与原料B混合，在下游侧把原料C混合到所述混合了的原料A、B中。通过顺次重复所述步骤，可生成四种以上的原料的乳浊液。此时，微粒的直径可以通过节流板、对压电元件的通电电力等而改变。
根据上述各个实施例，可以容易地控制乳浊液的粒径，而且，可以容易地生成乳浊液的多重构造。在从实验室水平进行设备化而批量生产的情况下，把乳化单元的块并联地连接多列。在实验室水平，使用一个以至多个乳化单元，生成所要的乳浊液，而在转变成由设备进行量产时，对应于处理量将乳化单元并联。通过所述步骤，可以避免现有技术中基于相似法则的规模加大的课题。以上说明了本发明的实施例，但本发明不限于上述实施例。发明内容部分记载了本发明的真正的精神。

Claims (6)

1.一种微粒制造装置，其特征在于，所述装置搭载了流体设备，该流体设备具有用来把液体形成射流的微细流路、用来对液体进行主动振动的流路壁，和用来测量液体中悬浮的颗粒的粒径和数量的装置。
2.如权利要求1所述的微粒制造装置，其特征在于，所述微细流路设有多级节流板，所述节流板产生射流和涡流。
3.如权利要求1所述的微粒制造装置，其特征在于，所述进行主动振动的流路壁在与液体流动方向相同的方向上侧滑振动。
4.如权利要求1所述的微粒制造装置，其特征在于，所述进行主动振动的流路壁具有压电元件，所述压电元件在与液体接触的那一侧的表面涂覆了绝缘材料。
5.如权利要求1～4中的任一项所述的微粒制造装置，其特征在于，所述微粒制造装置用作乳化装置。
6.如权利要求5所述的微粒制造装置，其特征在于，所述装置并联连接了多个所述流体设备。
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